Automobil-LiDAR

LiDAR ist neben Radar- und Kamerasicht eines der wichtigsten Sensorelemente von ADAS-Systemen . Präzises Timing und geringer Jitter sind in LiDAR-Systemen entscheidend. SiTime MEMS-Oszillatoren bieten Frequenzstabilität über alle Temperaturen hinweg mit Zuverlässigkeit nach AEC-Q100 Klasse 1 (-40 °C bis +125 °C). Unsere Differenzialoszillatoren bieten extrem geringen Jitter und ermöglichen so eine zuverlässige und schnelle Datenübertragung. Im Vergleich zu Quarzoszillatoren bieten SiTime-Timing-Lösungen eine höhere Zuverlässigkeit, bessere Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, Vibrationen und elektromagnetische Störungen sowie einen schnelleren Start.

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Vorteile der SiTime MEMS- Timing Technologie

Vollständiger MEMS- Taktgeber

Spread-Spectrum-Oszillatoren

Differenzielle Oszillatoren mit geringem Jitter

32,768-kHz-XOs und TCXOs

Präzisions-TCXOs

Am robustesten unter realen Bedingungen

150 fs rms Jitter, ausgezeichnetes PSNR

Stoß- und vibrationsfest

Stabil über einen weiten Temperaturbereich

>2 Milliarden Stunden MTBF

Integrierte MEMS, einfach zu verwenden

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

Zuverlässiger Start bei kalten Temperaturen

Keine Abdeckung oder Abschirmung erforderlich

Kurze Vorlaufzeit für jede Frequenz

LiDAR-Blockdiagramm

LiDAR (Light Detection and Ranging) ermittelt die Reichweite, indem es ein Objekt mit einem Laser anvisiert und die Zeit misst, die das reflektierte Licht benötigt, um zum Empfänger zurückzukehren. LiDAR-Systeme scannen das Sichtfeld vertikal und horizontal, manche sogar um 360°, und erstellen so eine 3D-Darstellung der Fahrzeugumgebung.

Das Herzstück eines LiDAR-Systems bilden eine Festkörperlaserquelle, ein Detektor und das analoge Frontend (AFE). Ein ADC tastet das vom AFE empfangene Signal ab. Nach der Verarbeitung werden die vom LiDAR-System erfassten Daten über einen PHY an einen Domänencontroller oder ADAS-Computer gesendet. Es gibt viele verschiedene Schnittstellen, beispielsweise Ethernet, FPD-Link (TI) oder GMSL (Analog Devices). Offene Standards wie die Automotive Serdes Alliance (ASA) oder MIPI A-PHY entwickeln sich zunehmend. Je nach Schnittstelle wird entweder ein Single-Ended- oder ein Taktgeber benötigt.

MEMS- Timing -Lösungen für LiDAR

Geräte	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
Single-Ended-Oszillator SiT8924 1 bis 110 MHz	Bis -55°C bis +125°C ±20 ppm Stabilität 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Erweiterter Temperaturbereich Geringer Platzbedarf
Single-Ended-Oszillator SiT9025 1 bis 110 MHz	Bis -55°C bis +125°C Spread Spectrum Konfigurierbare Anstiegs-/Abfallzeiten 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Erweiterter Temperaturbereich Reduzierung der elektromagnetischen Störungen
Differenzialoszillatoren SiT9396 1 bis 220 MHz SiT9397 220 bis 920 MHz	Geringer Jitter: < 150 fs RMS ^[1] ±30, ±50 ppm Stabilität über -40 bis +125 °C LVPECL, LVDS, HCSL, HCSL mit geringem Stromverbrauch, FlexSwing™ 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Geringer Jitter Ermöglicht Schnittstellen mit anspruchsvollen Jitter-Anforderungen, wie PCI-Express und 10 GB Ethernet
Super-TCXOs SiT5386 1 bis 60 MHz SiT5387 60 bis 220 MHz	±0,1, ±0,2, ±0,25 ppm Stabilität über -40 bis +125 °C ±1 ppb/°C Frequenzsteigung Geringer Jitter: 0,31 ps RMS ^[1] Optionale Spannungs- oder digitale Frequenzregelung	Hohe Genauigkeit Hervorragende Frequenzstabilität mit schnellen Temperaturgradienten Kein GNSS-Signalverlust oder V2X-Unterbrechung aufgrund von Mikrosprüngen

¹ Integrationsbereich von 12 kHz bis 20 MHz

LiDAR für die Automobilindustrie

Es gibt verschiedene Messmethoden: Time of Flight (ToF), frequenzmodulierte Dauerstrichmessung oder Time Digital Conversion (TDC). Präzises Timing spielt eine wichtige Rolle für die Genauigkeit des Systems. Der geringe Jitter des SiT9396 und SiT9397 macht diese Bausteine ideal für die Taktgeber des analogen Teils von LiDAR-Anwendungen.

Beim Einsatz eines ADCs verursacht Jitter Quantisierungsfehler. Bei übermäßigem Jitter im Taktgeber, also wenn eine Taktgeber zu früh oder zu spät kommt, tastet der ADC das eingehende Signal zum falschen Zeitpunkt ab. Falsche Werte im Datenstrom können die Funktionalität eines Systems erheblich beeinträchtigen.

Die hervorragende dynamische Leistung der SiTime Silizium-MEMS-Oszillatoren erleichtert die SOTIF-Konformität (Safety of the Intended Functionality) des Systems. Die MEMS-Oszillatoren stellen sicher, dass die Taktgeber über ihre gesamte Lebensdauer hinweg, unabhängig von Umgebungsänderungen, innerhalb der Spezifikation bleiben.

Temperaturbereich -40°C bis +125°C
Gut kontrollierte Frequenzstabilität: < ±30 ppm über den gesamten Temperaturbereich, einschließlich 10 Jahren Alterung ( SiT939x ), bis hinunter zu ±0,1 ppm für TCXO ( SiT538x )
Hervorragende Frequenzreaktion auf schnelle Temperaturänderungen dF /dT, bis hinunter zu < ±3,5 ppb/°C ( SiT538x )

Vorteile von SiTime

Alle SiTime Bausteine bieten gegenüber Quarzkristallen die folgenden Vorteile, die insbesondere für Automobilanwendungen wichtig sind:

50-mal höhere Zuverlässigkeit. Neben der Reduzierung von Feldausfällen führt die höhere Zuverlässigkeit auch zu einer niedrigeren FIT-Rate. Dies liefert bessere Hardware-Sicherheitsmetriken in einer FMEDA, der quantitativen Analyse, die im Rahmen einer funktionalen Sicherheitsbewertung erforderlich ist.
100-mal bessere Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, Vibrationen und elektromagnetische Störungen aufgrund der geringeren Größe (0,4 x 0,4 mm) und Masse von MEMS-Resonatoren im Vergleich zu Kristallen.
MEMS-Oszillatoren haben typischerweise eine schnellere Startzeit als Quarzoszillatoren.